室內定位在一些特定場合的實用性和必要 性已經日趨顯著，其應用前景廣闊，研究意義非常大，目前也是一個非常熱門的議題。本文闡述幾種常用的室內定位技術手段，并具體闡述這些技術的典型實例，對比其精度及優缺點。在比較中作者認為基于RFID的室內定位系統性價比比較高，對其進行詳細介紹。ZigBee則是一種基于RFID的能很好地解決室內定位的方案技術手段。

　　1 引言

　　隨著時代飛速變遷，科學技術迅猛發展，信息服務質量效率提高，受干擾度小，在人們的生活工作及科學研究中起到了非常重要的作用。室內定位技術非常實用，具有較大的拓展空間，其應用范圍廣泛，在復雜環境下，如圖書館，體育館，地下車庫，貨品倉庫等都可以實現對人員以及物品的快速定位。

　　室內定位系統有最基本的5種算法：

　　（1） 起源蜂窩小區技術；

　　（2）時間到達法（TOA）；

　　（3）時間到達差法（TDOA）；

　　（4）信號強度法（RSSI）；

　　（5）到達角度差法（AOA）。

　　常用的室內定位技術主要包括以下幾種：

　　（1） 基于超聲波定位技術；

　　（2） 基于紅外線的定位技術；

　　（3） 基于超寬帶的定位技術；

　　（4）射頻識別定位技術（WLAN、ZigBee）等。

　　2 幾種室內定位技術的比較

　　2.1 超聲波技術

　　超聲波定位目前大多數采用反射式測距法。系統由一個主測距器和若干個電子標簽組成，主測距器可放置于移動機器人本體上，各個電子標簽放置于室內空間的固定位置。定位過程如下：先由上位機發送同頻率的信號給各個電子標簽，電子標簽接收到后又反射傳輸給主測距器，從而可以確定各個電子標簽到主測距器之間的距離，并得到定位坐標。

　　目前，比較流行的基于超聲波室內定位的技術還有下面兩種：一種為將超聲波與射頻技術結合進行定位。由于射頻信號傳輸速率接近光速，遠高于射頻速率，那么可以利用射頻信號先激活電子標簽而后使其接收超聲波信號，利用時間差的方法測距。這種技術成本低，功耗小，精度高。另一種為多超聲波定位技術。該技術采用全局定位，可在移動機器人身上4個朝向安裝4個超聲波傳感器，將待定位空間分區，由超聲波傳感器測距形成坐標，總體把握數據，抗干擾性強，精度高，而且可以解決機器人迷路問題。

　　定位精度：超聲波定位精度可達厘米級，精度比較高。缺陷：超聲波在傳輸過程中衰減明顯從而影響其定位有效范圍。

　　2.2 紅外線技術

　　紅外線是一種波長間于無線電波和可見光波之間的電磁波。典型的紅外線室內定位系統Active badges使待測物體附上一個電子標識，該標識通過紅外發射機向室內固定放置的紅外接收機周期發送該待測物唯一ID，接收機再通過有線網絡將數據傳輸給數據庫。這個定位技術功耗較大且常常會受到室內墻體或物體的阻隔，實用性較低。

　　如果將紅外線與超聲波技術相結合也可方便地實現定位功能。用紅外線觸發定位信號使參考點的超聲波發射器向待測點發射超聲波，應用TOA基本算法，通過計時器測距定位。一方面降低了功耗，另一方面避免了超聲波反射式定位技術傳輸距離短的缺陷。使得紅外技術與超聲波技術優勢互補。

　　定位精度：5~10m。缺陷：紅外線在傳輸過程中易于受物體或墻體阻隔且傳輸距離較短，定位系統復雜度較高，有效性和實用性較其它技術仍有差距。

　　2.3 超寬帶技術

　　超寬帶技術是近年來新興的一項無線技術，目前，包括美國，日本，加拿大等在內的國家都在研究這項技術，在無線室內定位領域具有良好的前景。UWB技術是一種傳輸速率高（最高可達1000Mbps以上），發射功率較低，穿透能力較強并且是基于極窄脈沖的無線技術，無載波。正是這些優點，使它在室內定位領域得到了較為精確的結果。

　　超寬帶室內定位技術常采用TDOA演示測距定位算法，就是通過信號到達的時間差，通過雙曲線交叉來定位的超寬帶系統包括產生、發射、接收、處理極窄脈沖信號的無線電系統。而超寬帶室內定位系統（如圖1所示）則包括UWB接收器、UWB參考標簽和主動UWB標簽。定位過程中由UWB接收器接收標簽發射的UWB信號，通過過濾電磁波傳輸過程中夾雜的各種噪聲干擾，得到含有效信息的信號，再通過中央處理單元進行測距定位計算分析。

　　圖1 UWB室內定位結構圖

　　基于超寬帶技術的室內定位系統典型實例為：Ubisense，其定位方法為三邊定位，定位精度為：6~10cm，缺陷：造價較高。

　　2.4 射頻識別技術

　　射頻定位技術實現起來非常方便， 而且系統受環境的干擾較小，電子標簽信息可以編輯改寫比較靈活。下面具體介紹該技術的相關應用。

　　3 基于射頻識別（RFID）的室內定位技術

　　3.1 RFID技術原理

　　射頻識別（RFID）技術是一種操控簡易，適用于自動控制領域的技術，它利用了電感和電磁耦合或雷達反射的傳輸特性，實現對被識別物體的自動識別。射頻（RF）是具有一定波長的電磁波，它的頻率描述為：kHz、MHz、GHz，范圍從低頻到微波不一。